前言

　　為了適應市場的需要，各種無模成形方法不斷涌現出來，如成形錘漸進成形、噴丸成形、無模多點成形、激光熱應力成形、旋壓成形、CNC高壓水噴射成形和金屬板料單點漸進成形等。近年來，國內外愈來愈多的學者致力于金屬板料單點漸進成形技術的研究。漸進成形技術是根據工件形狀的幾何信息，在數控設備上控制成形工具頭沿特定軌跡對板料進行局部的塑性加工，使板料逐漸成形為所需工件。漸進成形不需要專用的模具，重復性好，可控制金屬流動，能加工出形狀復雜的工件，對于飛機等多種小批量產品、家用電器等新產品的開發以及汽車新型樣車試制等具有較大的經濟價值和廣闊的發展前景。

　　本文在對金屬板料數控單點漸進成形技術進行了一些研究的基礎上，利用現有的資源，將計算機、數控成形機床以及成形工具、結構簡單的夾具組成一個數控成形系統，采用預先編制好的控制程序逐點進行板料零件的加工，成功成形出人面部形狀的鈑金零件。

　　1 漸進成形分類及特點

　　1.1 漸進成形的分類

　　漸進成形分為負成形與正成形。負成形可以成形一些形狀比較簡單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡單的夾具，板料由夾具夾緊，然后成形工具頭按設定好的程序實現分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進行第二層的加工，如此直至結束，在加工過程中夾具夾緊板料始終不動。漸進成形(負成形)及板料成形角原理示意圖如

　　圖1所示。

　　圖1 漸進成形(負成形)及板料成形角原理示意圖

　　形狀復雜的零件要用正成形的方法。在正成形方法中，需要支撐模型，支撐模型的形狀要與所成形的零件的形狀一致，這種支撐模型與沖壓成形中的模具有很大差別，支撐模型的精度要求不是很高，并且材料的選擇比較靈活。在這種成形方法中，首先加工支撐模型，支撐模型加工完畢后再放上板料，以后的加工步驟與負成形基本相同，所不同的是正成形中成形工具頭每走完一層的路徑，托板都要帶動板料與成形工具頭共同向下移動相同距離。漸進角度大于成形極限角的特征，則盡可能減小其高度，成形(正成形)原理示意圖如圖2所示。

　　圖2 漸進成形(正成形)原理示意圖

　　1.2 漸進成形方法的特點

　　漸進成形過程中板料的成形能力有所提高，從成形極限圖上可以看出(圖3)，成形極限可以用‰+‰表示，因此，漸進成形中板料可以有更大的變形量。漸進成形的缺點主要是成形效率較低，成形單個零件所需要的相對時間比較長，因此如何提高其成形效率也

　　圖3 傳統成形方法與漸進成形方法的成形極限曲線

　　2人面部模型漸進成形試驗過程人面部模型是相對較為復雜的零件，在成形人面部模型的過程中，采用以下步驟：建模及生成加工代碼、制造支撐模型、加工人面部模型。

　　2.1 建模及生成加工代碼

　　漸進成形中，板料的厚度變化遵循如下規律：(皖為板料的初始厚度)，秒稱為板料成形角(圖1)。每種材料有其相對應的最大成形角度，稱為成形極限角。試驗用的LYl2M材料的成形極限角在650～700之間，超過此角度材料在成形過程中極易出現裂紋等失效形式，因此在建模時必須考慮這一點。用于加工成形的零件其板料成形角度盡量控制在成形極限角度之內，對于某些要求最終要成形的人面部模型

　　首先考慮支撐模型的做法。支撐模型應該省時、經濟、實用，試驗中采用代木作為支撐模型，在加工人面部模型之前首先要在機床上加工出支撐模型。考慮到板料的厚度，直接對建立的人面部模型內偏置一個板料厚度，用于生成支撐模型的加工代碼模型，然后生成加工代碼。加工支撐模型的程序只需要三軸的加工程序即可，具體加工信息如表l所示。

　　表1支撐模型加工程序信息

　　然后生成用于人面部漸進成形加工的刀具軌跡。漸進成形的刀具軌跡的產生思想是模擬模型的精加工，即加工余量設為零。UG中的CAM模塊沒有專門用于模擬板料擠壓成形的刀軌，根據漸進成形的過程特點要求程序要按照層加工進行，只有加工完上一層后才能進入下一層進行加工，因此在加工選項里面要選擇“層優先”，這與銑削加工的深度優不一樣。生成的三軸加工程序詳細信息如表2所示。其他的加工代碼信息與三軸銑中的設置相似。

　　表2 人面部漸進成形加工程序詳細信息

　　由UG Nx3中生成的三軸加工代碼并不能直接用于人面部模型的漸進成形，這是因為在正成形中除了成形工具對板料進行層加工以外，板料還要隨著托板的下降而下降，就要求在加工代碼中有一個指令可以通過計算機控制托板的移動。在數控機床上，假設托板被命為4軸，顯然在程序中應該有關于的信息。仔細分析漸進成形的過程可以看出，在程序的第一層板料是緊貼在模型上面的，當程序要下降一個距離進行第二層加工時，裝夾板料的托板也要下降一個相同的距離。這樣可以編制一個轉換程序，程序的具體原理是逐行分析由UG Nx3中生成的加工代碼，找到成形工具進入下一層進行加工的語句，這里成形工具下降的方向為z軸負方向，并在z軸的值后面加入彳軸的值，從漸進成形過程分析知道這個值與z軸相同。本試驗中利用軟件VB6.0編制的轉換軟件，很方便把UG里面生成的三軸加工程序轉換成漸進成形所需要的程序。轉換后的加工程序即可用于板料的漸進成形。

　　2.2 試驗過程

　　首先加工支撐模型，將代木裝夾到機床夾具上面，進行粗、精加工，加工完的支撐模型如圖5所示。

　　因此在換刀后有一個重新定位的問題，要使漸并且要在z軸方向上向上移動一個板料厚度的距離。如果存在誤差，在漸進成形過程中成形工具在某些地方過度擠壓板料;如果支撐模型的硬度比較高，成形工具、板料、支撐模型之間的力會非常大，對板料的成形性能影響也很大，而在有的地方板料與支撐模型之間的貼合程度就很小。定位了加工程序的原點后，升起托板，把板料裝夾到托板上。圖6為試驗設計的裝夾裝置。

　　圖6 試驗設計的裝夾裝置

　　調入加工程序進行漸進成形。試驗中使用普通潤滑油，使用的LYl2M板料的實際厚度為0.923，板料尺寸為290 Inm×180 mm，待加工的人面部模型的尺寸：長度為168 mm、寬度為96 mm、高度為27 mm。按此加工兩個人面部零件，為了證明定位精度對零件加工結果的影響，零件l有比較高的定位精度，并特意在零件2定位時故意向x軸負方向移動1 nlIn，兩個零件的其他加工方法完全相同。最終成形的人面部零件1與零件2如圖7所示。

　　圖7 最終成形的人面部零件1與零件2

　　3 漸進成形試驗結果分析

　　零件1原點定位精度比較高，可以成功地成形出需要的零件，零件的表面質量比較好，對零件的一個斷面進行厚度分析(圖8、9)，可以看出，材料的厚度基本符合萬=磊cos護的規律，并且在x軸的正負對稱方向厚度變薄一致。

　　圖9 零件1實際厚度與理論厚度分布比較示意圖

　　對于零件2，從圖10～12可以看出，由于定位誤差的原因，根本不能成形出設計的人面部零件，對于沒有受到擠壓的一側，由于板料的貼模性不好，材料變薄與艿=磊cos秒有較大誤差，并在有的地方材料發生堆積，使板料的厚度不但沒有減薄，反而有所加厚;板料在過度擠壓側材料變薄嚴重，并很快發生了破裂。

　　圖ll 零件2非擠壓側板料實際厚度與理論厚度比較圖

　　圖12 零件2過度擠壓側板料實際厚度與理論厚度比較圖

　　4 結論

　　(1)漸進成形正成形方法可以成形形狀復雜的鈑金零件，成形只需要簡單的支撐模型，成形出的零件精度較高，表面質量較好，對于小批量零件花費時間少，節省資金，可以滿足產品不斷創新設計、多品種、小批量的要求。

　　(2)UG軟件可以生成用于漸進成形的三軸加工代碼，不能完全符合漸進成形正成形過程的要求，必須通過轉換程序對uG軟件產生的加工代碼進行轉換，使托板帶動板料實現隨著加工工具逐層下降的功能。

　　(3)漸進成形正成形中定位精度非常重要，如果定位精度誤差達到一定程度，就會導致板料的貼模性不好，從而嚴重影響成形的質量，甚至不能夠成功成形出零件。